Bidirektionaler Wandler 12 V <> 24 V

Hier beschreibe ich einen bidirektionalen Wandler, den ich seit einigen Jahren im Womo Einsatz habe, und für den ich Verbesserungen suche.

Zunächst zur Beschreibung:
im Telegramm Stil:
Fragen gerne.

Anwendung: Wohnmobil. Ankopplung eines 24 V LiFePo an eine 12 V Aufbaubatterie.

Hintergrund:
Ich will einen Wandler 220 V AC betreiben. Bis in den kilowattbereich kurzzeitig. Das ist an 12 V unangenehmer als an 24 V. Der Bleiakku ist zu klein. Vergrößern ist wegen Gewicht und Performance unerwünscht. Bleiakku 12 V gegen 12 V lifepo tauschen geht nicht, weil life bei Untertemperatur abschaltet. Kein Strom. Deswegen ein Hybridsystem. Eben mit 24 V LiFe.

Konzept: Es soll der 24 V akku nur am Bleiakku angeklemmt werden. Die gesamte vorhandene 12 V Womoelektrik soll bleiben, wie sie ist.
Dazu gehört, dass der Energiefluss zwischen Aufbau/Blei und 24 V LiFe automatisch erfolgt: laden des Lifepo, wenn Überschuss an energie. Stützen des Bleiakku bei Last.

Aktuelle Ausführung:
Ein 1200 W boost (link)
Ein 300 W Buck (link)
Das hat eine gewisse Logik.... Aber wie erfolgt die Steuerung?

Idee:
Hat ein bleiakku 12,8 V, ist das seine Ruhespannung geladen. Hat er weniger, dann ist er belastet oder nicht mehr voll. Hat er mehr, hängt er an Ladung.

Also: ein Buck auf 12,8 V eingestellt lädt/stützt den Bleiakku. Ein boost mit Unterspannungsabschaltung bei 13,2 V nimmt energie und schiebt sie in den Lifepo 24 V.
Der Buck muss es friedlich ertragen, wenn der geladene Bleiakku eine höhere Spannung als seine Ausgangsspannung hat.

(Hinweis: Das verträgt der 300 W Buck nicht und braucht eine Brücke)

Probleme:
Leider kann man die Wandler nicht einfach parallel schalten. Beide haben in der Masseleitung ihren Strommesseiderstand. Bei Parallelschaltung ändern sich die Stromeinstellungen und die Grenzwerte ändern sich gegenseitig.
Lösung: die Masseleitungen in Reihe schalten. Buck Ausgang an 12 V, boost ausgang an 24 V. Die übrigbleibenden Massen verbinden.

Weiteres Problem: manchmal, sehr selten, beim Einschalten gerät das ganze ins "Pumpen". Bis die sicherungen des boost auslösen. Obwohl das eigentlich unmöglich ist. Wahrscheinlich eine Folge der zu trägen Unterspannungsabschaltung.
Passiert nicht, wenn man : zuerst die 24 V Seite anschliesst. Dann die 12 V Seite.

Einstellungen:

Erfahrungen:
Grundprinzip ist ausgezeichnet. Bleibatt ist immer "voll", hat In 4 Jahren nur etwa 2 Zyklen bekommen.
5 Tage stehen, ohne Sonne, ohne Kabel, mit Heizung und TV abends.... na und?
Letztens hat der Buck "ausgesetzt", unerfindlicher Grund. 12 V trennen und wieder verbinden genügte.

Pläne:
Ersatz des Buck. Etwas mehr Strom, um den Kühli betreiben zu können. 15 A Dauer.
Buck mit strombegrenzung,:15 A Dauer.
Ersatz des Boost. Gegen 1800 Version. Ziel 6-8 A ladestrom bei 24 V. 17 A dauer bei 12 V.

Wird fortgesetzt

Platzhalter

reicht dir fix 2:1 Übertragung?

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Nein tatsächlich genau nicht.
Ich will die Lade parameter getrennt einstellen können. Mit Spannung und Strom.
Ladespannung 27,4 V, max 5 bis 10 A.
Unten buck spannung 12,8 V, max 8 A.

Ladestrom Nach unten unter halb von 12,8 V, ladestrom nach oben oberhalb von 12,8 V. Den gap auf 13,2 V brauchte ich für die Trennung meiner wandler, der muss nicht sein.

Versteh ich noch nicht. 12V und 24V Systeme sind in sich halbwegs stabil, und die Kopplung funktioniert ja auch, wenn man 12V-LFP und Blei parallelschaltet.
pro: klein kompakt wenig Verlust
con: starre Kopplung
der gap ist gut, verringert Ruheverluste. Kann man einer starren Kopplung auch gut verpassen.

Ein Mikrocontroller ist da nicht im Spiel?

Für eine solche Anwendung sollte man eine "echte" Buck-Boost-Schaltung verwenden. Damit kann man den Stromfluß zwischen beiden Seiten dann grundsätzlich beliebig steuern.

Hier als Beispiel ein Steuer-IC dafür.

Die kennlinien passen nicht zusammen.
Und wenn: das ist garnicht das Ziel.
Das ziel ist: den Bleiakku voll (!) Zu halten, und entnommene energie direkt aus 24 V zu liefern.
Die akkus machen also keine gemeinsame Arbeit, sondern lifepo liefert, blei bleibt voll.

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Nein! Nach 50 jahren Mikrocontroller und Rechner, gefuhlten 20 Programmiersprachen und dialekten mache ich auch immer wieder gerne reine Hardware, wenns damit geht.

Das ist, wenn ich die funktion richtig interpretiere , nicht das was ich brauche .
Ich brauche nicht buck-boost, ich brauche bidirektional.

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Du hast recht: Der buck-boost kann mehr als Du brauchst. Ein 4-Switch Buck-Boost ist aber inhärent bidirektional. Das wäre für den Fall hier aber unnötig aufwändig. Ein synchroner Buck mit passender Steuerung ( der wenn man Ein- und Ausgang vertauscht ein synchroner Boost ist ) genügt dafür völlig.

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Aber ob man mit einem Chinamodul mit dem LM25116 damit
gut bedient ist, sei mal dahingestellt.
Die Kontrolle über den FB-Eingang ist hakelig. Ein Fehler
und Du kommst in einen latched shutdown usw. Ich habe
da keine Lust mehr zu.
Mit einem 555 plus Komparator kann man da viel machen,
hat alles unter Kontrolle und erlebt keine bösen Überraschungen.

Im neiner Insel habe ich den LM25116 von dem Modul entfernt
und was mit dem IRS2153 daneben gebaut. Das ist ja ein 555+Halbbrückentreiber.

Hier eine Grundschaltung. Für die Funktion Buck muss man sich M1 wegdenken. Für die Funktion Boost muss man sich M2 wegdenken. In der Paxis sind sie aber vorhanden und die Dioden befinden sich in den Mosfets. Steuert man einfach nur M2 an, ist es ein Buck-Converter Richtung V1, steuert man nur M1 an, ist es ein Boost-Converter Richtung V2. Steuert man die anderen Transictoren zum richtigen Zeitpunkt mit an, verringern sie den Spannungsverlust der Dioden erheblich. Die Shunts R1 und R2 liegen gemeinsam an Masse.

Ich benutze ihn ja nur als Buck, synchron habe ich gesperrt.
Und bin auf der suche nach Alternativen.
Für den boost werde ich wohl einen 1800 mit Lüfter versuchen.
Aber für den buck hab ich noch keinen Plan.
Aber ich werde mal deinen tip aufnehmen , die Transistoren zu tauschen. Vielleicht gehts dann im strom hoch genug.

Und dann nutzt Du lowside nur die Bodydiode?

Vollkommen klar. Ich wollte nicht gerne bei null anfangen. Was man kaufen kann, kaufe ich.

Wenn ich die anleitung richtig verstanden habe, bezieht sich das auf den Bereich der Steuerzeit, nicht auf ein oder ausschalten.
Der schaltet also schon, aber im zeitdiagramm nur für die buck richtung, nicht für die boost richtung.
Ich hab leider kein genügend gutes Oszilloskop, um das anzusehen.

Ich weiß das nicht. Verstehe das jedoch so, dass man damit zwischen
synchron und asynchron umschalten kann.
Im lückenden Betrieb wird asynchron sicher effizienter sein,
weil der synchrone Betrieb dann ja den Ausgangskondensator
teilweise wieder entlädt.

Die Brücke, die ich gemacht habe, ersetzt einen Widerstand. Der irgendwas gemessen hat. Also ein Analogeingang.
Das ist kein pullup für einen Schalteingang.

Ums genauer zu sagen müsste ich nochmal nachlesen.

So, erledigt.
Dmbe, oder wie der heisst. Steuert ananlog, ob der über timing in boost übergeht. Was er nicht nur macht, wenn die Ausgangsspannung zur Eingangsspannung steigt, sondern auch, wenn U out die eingestellte Apannung übersteigt. Und das hab ich durch kurzschluss abgestellt. Und getestet.

Bin also auf der suche nach einem neuen wandler. 15 A dauer. Muss vertragen, dass man ihm die Ausgangsspannung anhebt.